Skyhook (structură)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Cum ar apărea în orbită un skyhook rotativ și un non-rotativ

Un skyhook (literalmente „cârligul cerului”) este un cablu de schimb de impuls unghiular care are ca scop reducerea costului plasării încărcăturilor utile pe orbită terestră joasă . Conceptul constă dintr-o stație orbitantă grea conectată la un cablu care se extinde în atmosfera superioară. Sarcinile utile, mult mai ușoare decât stația, sunt agățate de capătul cablului pe măsură ce trece și sunt apoi lansate pe orbită prin rotirea cablului în jurul centrului de masă. Stația poate fi apoi repornită la altitudinea inițială prin propulsie electromagnetică , propulsie cu rachete sau prin deorbirea unui alt obiect cu aceeași energie cinetică transferată la sarcina utilă.

Un skyhook diferă de un ascensor spațial geo-staționar orbitând prin faptul că un skyhook ar fi mult mai scurt și nu ar intra în contact cu suprafața Pământului. Un skyhook ar necesita un lansator suborbital pentru a ajunge la capătul inferior, în timp ce un lift spațial nu.

Istorie

Au fost propuse diverse concepte și versiuni de skyhook-uri orbitante sincrone și care nu se rotesc, începând cu Isaacs în 1966, [1] [2] Artsutanov în 1967, [3] [4] Pearson [5] și Colombo în 1975, [6] Kalaghan în 1978, [7] și Braginski în 1985. [8] Versiunile cu cel mai bun potențial implică un cablu mult mai scurt poziționat în orbita inferioară a Pământului care se rotește în planul său orbital și ale cărui capete ating atmosfera superioară a Pământului, în timp ce rotația mișcarea anulează mișcarea orbitală la nivelul solului. Aceste versiuni „rotative” de skyhooks au fost propuse de Moravec în 1976, [9] [10] și Sarmont în 1994. [11] [12]

Când omul de știință italian Giuseppe Colombo a propus la începutul anilor 1970 ideea utilizării unui cablu de stabilizare a mareelor pentru sateliții de observare a Pământului orientați în jos, NASA a început oficial să evalueze posibilele aplicații științifice pentru sateliții de observare a Pământului în 1979. cabluri lungi în spațiu și dacă dezvoltarea unei structuri spațiale cu cablu a fost demnă de atenția agenției spațiale. [13] Acest lucru a condus la un sistem de ancorare bazat pe Shuttle: misiunea TSS-1R, lansată pe 22 februarie 1996 pe STS-75 , care s-a axat pe caracterizarea comportamentului de bază al cablului spațial și al spațiului fizicii plasmei . Satelitul italian a fost implementat la o distanță de 19,7 km (12,2 mi) de naveta spațială.

Un inginer a speculat în 1994 că skyhook-ul ar putea fi mai rentabil decât ceea ce se crede că poate fi realizat folosind un lift spațial. [11]

În 2000 și 2001, Boeing Phantom Works , cu un grant de la NASA Institute for Advanced Concepts , a efectuat un studiu detaliat al fezabilității inginerești și comerciale a diferitelor proiecte skyhook. Au studiat în detaliu o variantă specifică a acestui concept, numită „Sistemul de lansare orbitală a spațiului avionului hipersonic” sau HASTOL. Acest design a necesitat ca un avion hipersonic ramjet sau scramjet să intercepteze un cârlig care se rotește în timp ce zboară la Mach 10. [14]

Deși nu au fost încă construite ciururi, au existat numeroase experimente de zbor care explorează diferite aspecte ale conceptului de cablu spațial în general. [15]

Tipuri de skyhooks

Skyhook non-rotativ

Skyhook non-rotativ lung de 200 km, așa cum a propus E. Sarmont în 1990

Un skyhook care nu se rotește este un cablu vertical stabilizat în gradient de gravitație al cărui punct final inferior pare a fi suspendat de cer. Acest aspect a condus la adoptarea denumirii „skyhook” pentru facilitate. (Din engleză, „sky” înseamnă „sky” și „hook” înseamnă „hook”).

Skyhook rotativ

Conceptul vârtejului. Dacă viteza orbitală și viteza de rotație a cablului sunt sincronizate, vârful șirului se mișcă într-o curbă cicloidă . În punctul cel mai de jos, vârful este momentan staționar față de sol, unde poate „agăța” sarcina utilă și o poate face să se balanseze spre orbită.

Prin rotirea cablului în jurul centrului de masă orbitant în direcția opusă mișcării orbitale, este posibilă reducerea vitezei cârligului față de sol. Acest lucru reduce forța necesară a cablului și facilitează agățarea.

Rotirea cablului poate fi făcută pentru a se potrivi exact vitezei orbitale (aproximativ 7-8 km / s). În această configurație, cârligul ar urmări o cale asemănătoare cardioizilor . Din punctul de vedere al solului, cârligul pare să coboare aproape vertical, să se oprească și apoi să se ridice. Această configurație minimizează tracțiunea și permite astfel cârligului să coboare adânc în atmosferă. [16] [17] Totuși, conform studiului HASTOL, un astfel de skyhook pe orbita Pământului ar necesita o contrapondere foarte mare, de ordinul 1000-2000 ori masa încărcăturii, iar cablul ar trebui să fie înfășurat mecanic. după preluarea acestuia.sarcina de a menține sincronizarea între rotația cablului și orbita acestuia. [14]

Faza I a studiului Boeing Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch ( HASTOL ), publicat în 2000, a propus un cablu lung de 600 km, pe o orbită ecuatorială la 610-700 km altitudine, rotind cu o viteză maximă de 3, 5 km / s. Aceasta ar conferi vârfului o viteză la sol de 3,6 km / s (Mach 10), care ar fi egalată de un avion hipersonic care transportă modulul de încărcare, transferându-se la o altitudine de 100 km. Cablul ar fi alcătuit din materialele disponibile în comerț: în principal Spectra 2000 (un fel de polietilenă cu greutate moleculară foarte ridicată ), cu excepția celor 20 de kilometri ultraperiferici, care ar fi din Zylon PBO rezistent la căldură . Cu o masă nominală de încărcare de 14 tone, cablul Spectra / Zylon cântărește 1300 de tone, adică de 90 de ori masa sarcinii utile. Autorii au declarat: „Principalul mesaj pe care vrem să-l lăsăm cititorului este:„ Nu avem nevoie de materiale magice precum „ nanotuburile de carbon Buckminster-Fuller ” pentru a crea structura de legătură spațială pentru un sistem HASTOL. Materialele existente vor avea efect ”. [14] "

A doua fază a studiului HASTOL, publicată în 2001, a propus creșterea vitezei de interceptare la Mach 15-17 și creșterea altitudinii de interceptare la 150 km, ceea ce ar reduce masa cablului necesară cu un factor de trei. Cea mai mare viteză ar fi atinsă folosind o rachetă reutilizabilă într-o singură etapă în locul unei aeronave cu jet de aer. Studiul a concluzionat că, deși nu există „obstacole tehnice fundamentale”, ar fi necesară o îmbunătățire substanțială a tehnologiei. În special, se temea că un cablu gol Spectra 2000 va fi erodat rapid de oxigenul atomic; acestei componente i s-a atribuit un nivel de pregătire tehnologică de 2. [18]

Notă

  1. ^ JD Isaacs, AC Vine și H Bradner, Alungirea prin satelit într-un adevărat „cârlig de cer” , în Știința , vol. 151, nr. 3711, 1966, pp. 682-3, Bibcode : 1966Sci ... 151..682I , DOI : 10.1126 / science.151.3711.682 , PMID 17813792 .
  2. ^ A se vedea, de asemenea: scrisoare în Science 152: 800, 6 mai 1966.
  3. ^ Artsutanov, Y. V Kosmos na Elektrovoze (Into Space by Funicular Railway). Komsomolskaya Pravda (Pravda tânăr comunist), 31 iulie 1960. Conținut descris în Lvov, Science 158: 946, 17 noiembrie 1967.
  4. ^ Arsutanov, Y. V Kosmos Bez Raket (În spațiul fără rachete). Znanije-Sile (Cunoașterea este putere) 1969 (7): 25 iulie 1969.
  5. ^ J Pearson, The Orbital Tower: A Spacecraft Launcher Using the Earth's Rotational Energy , în Acta Astronautica , vol. 2, 9-10, 1975, pp. 785-799, Bibcode : 1975AcAau ... 2..785P , DOI : 10.1016 / 0094-5765 (75) 90021-1 .
  6. ^ Colombo, G., Gaposchkin, EM, Grossi, MD și Weiffenbach, GC, "The Skyhook": A Shuttle-Borne Tool for Low Orbital Altitude Research, " Meccanica , Vol. 10, Nr. 1, martie 1975 .
  7. ^ Kalaghan, P., Arnold, DA, Colombo, G., Grossi, M., Kirschner, LR și Orringer, O., "Study of the Dynamics of a Tethered Satellite System (Skyhook)", Contract NASA NAS8-32199 , Raport final SAO, martie 1978.
  8. ^ VB Braginski și KS Thorne, "Skyhook Gravitational Wave Detector", Universitatea de Stat din Moscova, Moscova, URSS și Caltech, 1985.
  9. ^ (EN) Un Skyhook Orbital Non-Synchronous , pe frc.ri.cmu.edu. Adus în decembrie 2020 .
  10. ^ HP Moravec, A Non-Synchronous Orbital Skyhook , în Journal of the Astronautical Sciences , vol. 25, 1977, pp. 307-322, Bibcode : 1977JAnSc..25..307M . Prezentat la a 23-a reuniune AIAA, Industrializarea spațiului, San Francisco, CA,. 18–20 octombrie 1977.
  11. ^ a b Eagle Sarmont, How an Earth Orbiting Tether Make Possible a Affordable Earth-Moon Space Transportation System , în SAE Technical Paper Series , vol. 942120, 1994, DOI : 10.4271 / 942120 .
  12. ^ (EN) High Wire Act , pe frc.ri.cmu.edu.
  13. ^ M. Cosmo și E. Lorenzini, Tethers in Space Handbook ( PDF ), ediția a treia, Smithsonian Astrophysical Observatory, decembrie 1997. Accesat la 30 decembrie 2020 (arhivat din original la 6 octombrie 2007) .
  14. ^ a b c Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch System ( PDF ).
  15. ^ Yi Chen, Rui Huang și Xianlin Ren, History of the Tether Concept and Tether Missions: A Review , în ISRN Astronomy and Astrophysics , vol. 2013, nr. 502973, 2013, p. 502973, Bibcode : 2013ISRAA2013E ... 2C , DOI : 10.1155 / 2013/502973 .
  16. ^ JD Isaacs, AC Vine și H. Bradner, alungirea prin satelit într-un adevărat „cârlig de cer” , în Știință , vol. 151, nr. 3711, 1966, pp. 682-683, Bibcode : 1966Sci ... 151..682I , DOI : 10.1126 / science.151.3711.682 , PMID 17813792 .
  17. ^ Yi Chen, Rui Huang și Xianlin Ren, History of the Tether Concept and Tether Missions: A Review , în ISRN Astronomy and Astrophysics , vol. 2013, 2013, pp. 1-7, Bibcode : 2013ISRAA2013E ... 2C , DOI : 10.1155 / 2013/502973 , 502973.
  18. ^ (RO) HIPPERSONAL AIRPLANE SPACE TETHER ORBITALLAUNCH (HASTOL) ARHITECTURE STUDYPHASE II: RAPORT FINAL (PDF), pe niac.usra.edu. Adus în decembrie 2020 .

Elemente conexe

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Skyhook_(structure)&oldid=122383171 ”